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1、1隧道机械化作业 隧道一般指作为地下通道的工程建筑物，在国民经济的许多领域、行业都有比较广泛的应用等。隧道是铁道和公路线路的重要组成部分，有降低线路纵坡、增大曲线半径、缩短线路长度、改善运营条件和保证行车安全的特点，一般在线路上遇到障碍（如高山、水域等），修建地上线有困难或不合理的情况下采用。1、隧道的分类 (l）岩石隧道和软土隧道。(2）按地理位置可分为山岭隧道、水底隧道、城市交通隧道、地下 铁道和航运隧道、引水隧道。(3）按隧道长度可分为特长隧道、长隧道、中隧道和短隧道。按隧道断面形状可分为单孔隧道、双孔隧道和多孔隧道。23 2、隧道的结构 隧道结构分主体建筑物和附属建筑物。主体建筑物由洞
2、身衬砌和洞门两部分组成；附属建筑物包括排水、通风、供电、通信、信号、照明、监控、防灾、报警等设施所需的建筑物以及避车洞和人行道等。修建隧道是为了在地下占据一定的空间，以保证车辆安全运行。坑道必须稳定或者用足够强度的支护结构来保证隧道的稳定。在通常情况下，开挖后除坚硬、整体、耐风化的围岩能自身维持坑道的稳定外，对大部分围岩都需要修筑永久性支护坑道的结构 衬砌。隧道衬砌的结构有以下几种类型：(l ）整体式衬砌（模注混凝土衬砌）。(2）复合式衬砌，主要应用于新奥法施工的隧道。(3）锚喷衬砌这是一种采用锚喷支护作永久衬砌的 结构形式。(4）拼装式衬砌，目前在山岭隧道中极少使用。45 开挖隧道时，先开挖
3、一段路堑，达到一定深度才开始挖坑道。路堑与坑道的交界叫洞口。保护洞口的建筑叫洞门。洞门的结构形式有：(1）端墙式洞门 适应于岩体稳定的4 类及以上围岩和地形开阔地 区。(2）翼墙式洞门 适应于岩体较稳定的3 类及3 类以下的围岩，以及 需要开挖路堑的地方。(3）柱式洞门 适应于地形较陡、围岩稳定性较差而设置翼墙洞 门又受地形地质条件限制的地方。(4）环框式洞门 适合于围岩整体性好、坚硬不宜风化的地区。(5）遮光棚是式洞门 适应于洞口需要遮光的情况，其入口通常外伸 很远。678围岩：是隧道开挖所影响的而且对隧道稳定性有影响的那一部分岩（土）体。围岩分类：是针对隧道开挖、支护、编制定额等的需要，而
4、把与之相适应的地质条件进行分级，来评价工程岩体的稳定程度，是隧道工程设计施工的基础条件之一。正确的围岩分级是隧道工程首要的技术课题。隧道长度：指单洞进出口洞门端墙面之间距，标注为：xx 米左（右）洞。如隧道为双洞时，则此隧道长度应标为L=L 左L 右。隧道计量单位：一般称“座”。隧道宽度：指单洞的建筑限界净宽，如山岭区高速公路隧道单洞双车道宽度为7.5m。隧道建筑限界：包括行车道、两侧路缘带、余宽、检修道的总宽度。910 隧道的施工过程可以分成两大步骤。一是开挖，就是把坑道挖出来并把土石运出去；二是衬砌，就是把衬砌的材料运进来并把衬砌修筑好，使需要的空间能够保持下来。目前隧道及地下工程施工方法
5、可归类为4种，即明挖施工法、暗挖施工法、浅埋暗挖法和沉埋管段施工法。1、明挖法 先把隧道及其上方的地层全部挖开，然后修筑衬砌，再进行回填把隧道掩埋起来，如：修筑明洞、浅埋地铁或地铁车站等工程。其最大缺点是严重干扰交通，破坏环境；大面积拆迁已不可能或承受不起，目前应用极少。2、暗挖法 全部工程作业都在地下进行，主要施工方法有：钻爆法（喷锚构筑法）、盾构法和掘进机法、液压冲击锤开挖法。3、沉埋管段法 隧道穿越江河海峡时，采用沉埋管段建筑的施工方法。要求装备大型水上吊装设备和水下挖沟装置。11121314 4、浅埋暗挖法 是一种在离地表很近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的方法。在明挖法和盾构法不
6、适应的情况下，显示了巨大的优越性。浅埋暗挖法施工步骤：1）先将钢管打入地层，然后注入水泥或化学浆液，使地层加固。2）地层加固后，进行短进尺开挖，一般每循环在0.5 1.0米，随 后即作初期支护。3）施作防水层。4）完成二次支护，一般情况下，可注入混凝土，特殊情况下要进 行钢筋设计。北京长安街下的地铁修建工程采用的就是浅埋暗挖法。1516 6一2 钻爆法 钻爆法（钻眼爆破作业法、DBM、喷锚构筑法）是在十九世纪六十年代随着第一台风动凿岩机的出现和黄色炸药的发明而出现的施工方法，经过100 多年的发展，有了喷锚支护、控制爆破、新奥法、门架台车、全液压凿岩台车等技术和设备，向着全断面、大断面、机械化
7、、高效、快速方向发展。目前，公路和铁路隧道开挖主要还是用这种方法。钻爆法施工一个开挖循环的程序是：测量放线布孔钻孔钻孔合格检查装药联网孔网检查合格起爆通风排烟松动围岩或掉块处理出碴挂网（视情况而定）安装钢肋（视情况而定）喷混凝土安装锚杆（视情况而定）。往复循环，不断掘进。每个循环的开挖进尺取决于钻孔深度。一般情况下，孔深为3.5m，进尺可达到3.3m。1718 一、开挖方法 开挖方法的选择主要根据隧道断面大小、围岩的稳定情况，采用全断面一次开挖或分部开挖。全断面开挖法主要作业过程是：开挖工作利用凿岩台车钻出整个面的全部炮眼，一次爆破成洞；通风排烟后用大型装渣机出渣；出渣完毕后就开始下一钻爆循环
8、。分部开挖法：当隧洞断面较高时，常分台阶自上而下开挖。上部断面的布孔（钻水平孔）与全断法相同相同，但下部台阶的开挖则采用梯段爆破法钻垂直炮孔，用药量少，爆破效果好。分部开挖以导洞先行，有利于尽快贯穿洞身，或与竖井连接，能简化通风系统；也可19 作为主洞的探洞，事先摸清地质情况。此外，开挖大断面平洞，尚有 中心导洞辐射钻孔法，在断面中央用小型机械开挖中导洞，在导洞中 用履带钻或拖式车钻向四周钻辐射孔，以扩大开挖成洞。二、炮孔布置 岩石隧道的钻爆开挖，为提高爆破效率必须首先增加爆破自由面数目。因此，在断而中部先爆破出一个缺口，然后再引爆其余炮孔。这一缺口的形成称为掏槽。断面上的钻孔可分为掏槽孔和崩
9、落孔，而崩落孔又可分为辅助孔和周边孔。每一隧道断面的炮孔数日和布置型式应根据断面大小、岩石性质和循环进尺等因素设计确定，并使钻孔方便。根据掏槽型式，隧洞断面的钻孔布置可分为楔形掏槽和平行直孔掏槽两种。楔形掏槽由数对对称的相向倾斜的炮孔组成对钻孔质量要求稍低。为使隧洞周边整齐不超挖药的空孔，周边孔的间距、药量应按光面爆破要求设计。平行直孔掏槽的中间两孔是不填药的空孔。这种布置型式的优点是易于实现钻孔自动化，便于达到要求的循环进尺，增大爆破深度。其缺点是增加了钻孔数量，且对炮孔要求的质量高。202122 三、钻孔机械 常用的有：1、液压凿岩台车；2、门架台车；3、汽车式简易凿岩台车232425 四
10、、新奥法（NATM)即奥地利隧道工程建设新方法的简称。该法1948 年提出后，世界各地普遍运用，已成为现代隧道工程新技术标志之一。A、新奥法施工要点：1、开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破、大断面开挖，减少扰动。2、根据围岩特征采用不同的支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性混凝土和锚杆初期支护，以控制围岩的变形和松弛。具体作法：第一次喷混凝土3-5cm厚，安锚杆，铺钢筋网，立钢拱架，喷二次混凝土到设计厚度。3、通过施工中对围岩和支护的动态观察测量，合理安排施工顺序，进行设计变更及日常的施工管理。光面爆破：也叫修边爆破，是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术，是通过一系列措施对隧道周边部位实行正确的
11、钻孔和爆破，并使周边眼最后起爆的爆破方法。爆破后，设计轮廓线内的岩石适度破碎，而围岩稳定性得以保持，适用范围广泛，在软岩中级岩浅孔爆破中效益明显。2627 预裂爆破：是在开挖轮廓上钻互相平行的比较密集的炮眼，装药后使之比其他爆破眼先起爆，使爆破后各爆眼间形成相互贯通的裂隙，与原岩体分割开来，然后再起爆其他炮眼。因轮廓线上裂缝已形成，当其他炮眼起爆时，不会引起原岩体的破坏，而形成光滑的平整壁面。预裂爆破可起较大的隔振作用，一般适用于硬岩深孔爆破。在软弱围岩中也可得到较好的爆破效果。隧道围岩变形量测：在隧道开挖过程中，对围岩一支护系统的变形过程所作的量测，叫作隧道围岩变形量测。它是新奥法现场量测的
12、首要内容。喷锚支护是隧洞施工的重要环节，以确保施工安全和施工进度，也是“新奥法”的一项主要手段。所谓喷是指用喷射方法将混凝土喷到围岩表面及裂缝中，使其快速凝固后起到支护作用。所谓锚是指在隧洞围岩上钻孔安设杆件，使它锚固在岩体内以加固围岩。282930 B、锚杆施工 锚固在岩体内的杆件称为锚杆。常用的金属锚杆有楔缝式、胀壳式、爆固式、开缝式和水泥砂浆或树脂式等多种。在隧洞综合机械化施工中，钻凿锚杆 孔的钻机可以利用 钻车的支臂钻机朝 洞壁钻径向孔，而 更多的是 利用架 设在钻车平台上的 专门钻锚杆孔的支 臂钻机。也有用专 门设计的锚杆台车 钻孔和安插锚杆的。31 C、喷混凝土 喷混凝土施工是将砂
13、、石、水泥和速凝剂等材料用高速气流输送和喷射到隧洞围岩表面和裂缝中，使其快速凝固起到支护作用。除采用压缩空气作为喷射动力外，也有利用机械抛射原理的喷射机。喷射混凝上所用材料中，一般采用500 号以上的普通硅酸盐水泥。平均粒径为0.35 一0.5mm 的粗砂，粒径不大于20（碎石）mm 与25（卵石）mm 的粗骨料 以及掺量为水泥用量的2 一8 的速凝剂，按照一定的配比掺合应用。为了提高喷混凝土的强度，一种在混凝土中掺入1 一2 钢丝的钢纤维喷混凝土方法逐渐得到推广应用。一般使用直径0.4mm、长度不短于12.5mm 的短钢丝，它由专用的钢纤维机制作，而且一还制成螺旋状或其他钩状。喷混凝土施工工
14、艺可分为干式和湿式两种。干式喷射是将粗、细骨料和水泥干拌后，经喷射机由压缩空气输送到喷嘴处再加水喷射，如需加入速凝剂应在喷射前加入。湿式喷射是将水、水泥、粗细骨料一次拌和好，用喷射机输送到喷嘴加入速凝剂后喷射。32 干式喷射的主要优点是：输送距离长，设备简单，耐用。但施工粉尘较大，回弹率达15-50%。干喷作业产生的粉尘危害健康。湿式喷射的优点是：1）粉尘小；2）生产率高，10m/h。3）回弹率低，10%以下。4）质量高。但设备较复杂，操作及维修不及干喷机方便，需用的液体速凝剂售价高，尚不能实现国产。国际上发达国家推行湿式喷射，我国主要采用干式喷射。33 五、机械化出碴 根据隧道断面的大小不同
15、，出碴方式分为有轨（轨道式）和无轨式两种。类别 钻孔台车 装岩设备 运输设备有轨运输轨道式钻车（门架台车）1、立爪式装载机2、反铲挖装机 1、矿车2、梭车无轨运输1、液压凿岩台车；2、汽车式简易凿岩台车1、轮式装载机2、履带式装载机3、短臂挖掘机1、后卸、整体（铰接）车架自卸车2、单轴牵引运输车34德国德国 Schaeff ITC312H型挖装机型挖装机35 1、有轨运输形式 有轨运输适用于单线铁路长隧道出碴运输，运输设备的选定应结合隧道端面、围岩等级，施工工期、钻孔设备能力等因素确定。有轨运输大多采用电瓶车或内燃机车牵引，采用矿车或梭式矿车运石渣，是一种适应性较强也较为经济的运输方式。有轨运
16、输采用四轨三线制，即在隧道内辅设四根钢轨形成两条运输线（轻车线、重车线）的同时，使两线的相邻两条钢轨满足构成第三运输 线（中线）的条件，其核心是使用一组特制的双开对称道岔。门架式台车行走在外侧两根钢轨上，出碴时运输车辆穿过门架式台车在中线（第三线）位置装碴，并经特制对称道岔分别轻、重车线进出。三线均采用900mm轨距模式，门架式台车的轨距为2840mm，均为43kg/m钢轨。36配合进行装渣作业配合进行装渣作业挖装机与梭式矿车配合进行装渣作业挖装机与梭式矿车配合进行装渣作业37 3839 2、无轨运输方式 无轨运输主要指采用轮胎式运输车辆运输出碴。无轨运输多数采用轮胎式装载机或履带式装载机向车辆装渣。在隧洞施工工作面窄、高度有限、地面岩石尖锐和泥水横流的恶劣条件下，选用的轮胎式装载机应配有耐磨防滑的链条轮胎和废气净化装置，铲斗除前卸外尚能侧卸。只有在工作面宽度大于12m时，才可使用前卸铲斗向车厢装载。履带式装载机一般也是铲斗前卸式的。如果两履带能分别驱动，可实现原地转向时，其操纵灵活性并不亚于铰接转向的轮胎式装载机，使用起来仍很方便，况且在不平的岩面上工作，履带底盘的稳定性和耐磨性也比
